带你了解什么是人羊膜干细胞？以它的特点和临床进展

人羊膜干细胞具有多能干性、有增殖性和抗炎特性，无致瘤性和免疫原性，是再生医学和细胞治疗临床应用的理想种子细胞。

今天就为大家来科普下这位低调的“大脑守护神”，羊膜干细胞。

一、简介

干细胞具有自我更新和分化潜力的双重标志特征，可以来源于胚胎和成体组织。根据其发育潜能，干细胞分为多能干细胞（PSC）、专能干细胞和单能干细胞。PSC能够形成具有不同功能特性的所有组织/细胞，这取决于衍生和培养条件。胚胎干细胞（ESC）和诱导多能干细胞（iPSC）是两种最常见的PSC类型。

人羊膜干细胞(human Amniotic Epithelial Cells，hAECs)属于胎盘组织，由受精卵发育至第8天的囊胚内细胞团分化形成，来源于外胚层。

人羊膜来源干细胞（hADSCs）包括人羊膜上皮干细胞（hAESCs）和人羊膜间充质干细胞（hAMSCs），与其他干细胞相比具有更新、多分化潜能、无致瘤性、低/无免疫原性，无伦理或法律问题，其强大的旁分泌作用，尤其是免疫调节作用，使它们成为用于各种疾病的细胞治疗的有前途的干细胞来源。

二、人羊膜干细胞的特点

人羊膜来源干细胞相对于其他干细胞的优势

胎盘由羊膜、绒毛膜板、基底蜕膜、绒毛膜绒毛、子叶/间质和胎盘隔膜组成（图1A）。在这些胎盘成分中，羊膜由于细胞数量较多，可作为细胞疗法的合适原材料。羊膜是由上皮和间质组成的透明、光滑、无血管的单层薄膜（约100μm）。膜覆盖胎儿并容纳羊水。羊膜一般有上皮层、基底膜、致密层、成纤维细胞层和海绵层五层（图1B）。

外胚层来源的hAMSC和下胚层来源的hAESC是羊膜中两种主要的干细胞类型，负责产生细胞外基质 (ECM)、不同的细胞因子和生长因子。hAESCs来自羊膜最内层，直接与羊水和胎儿接触，而hAMSCs则分散在羊膜内。hAESC和hAMSC的分离方案已被广泛描述。

简而言之，羊膜在37°C下用胰蛋白酶-EDTA处理45-60分钟以释放hAESCs 。然后，在旋转器上用胶原酶IV在37°C下消化剩余的羊膜40分钟以分离hAMSCs。

hADSC很容易分离并离体繁殖。hAMSC在培养物中表现出成纤维细胞样形态，而hAESC表现出鹅卵石样形态。

与其他来源的干细胞相比，人羊膜来源干细胞具有以下优点：

（1）获取容易，来源丰富，无伦理道德争议：羊膜作为胎儿出生后剩余的部分，可用于分离hAMSCs和hAESCs，不会损害捐赠者的利益； 

（2）无致瘤性：大量研究表明hADSCs体外在软琼脂上无增殖生长，体内植入NOD-SCID小鼠后无集落形成，无畸胎瘤形成；

（3）低免疫原性和高组织相容性：hADSC被认为是免疫豁免细胞，表现出低免疫原性的显着特征。

人羊膜来源干细胞低表达主要组织相容性I类抗原 (HLA-ABC)，不表达主要组织相容性II类抗原 (HLA-DR) 和β2微球蛋白，重要的是，细胞不表达不表达HLA-ABC共刺激分子，例如CD80、CD86和CD40。有报道将hAMSCs移植入人体治疗溶酶体疾病，未见明显排斥反应。最近的一项研究还表明，静脉注射hAESC不会导致溶血、过敏反应、毒性或肿瘤形成。

阿克勒等人报道称，免疫型不匹配的人羊膜在移植到志愿者皮肤下时不会引起宿主免疫反应。然而，一些研究强调，人类羊膜细胞实际上可能并不被认为具有免疫特权，但相反，可以刺激先天性和适应性免疫反应，这表明羊膜干细胞可能具有协同免疫刺激作用。

人羊膜来源干细胞的高多能性

当暴露于外源生长因子或化学物质时，hADSC有可能分化成所有三个胚层。hAMSCs和hAESCs均表达胚胎干细胞的典型表面标志物，如SSEA-3、SSEA-4、SOX-2、TRA1-60和TRA1-81，特别是Oct-4和Nanog，表明hAMSCs和hAESCs在再生医学中的巨大潜力。迄今为止，研究表明hADSC能够分化为脂肪细胞、骨细胞、神经细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、肝细胞、造血细胞、内皮细胞、肾细胞和视网膜细胞（图2）。

hADSC的免疫抑制和免疫调节作用

hAMSCs衍生的可溶性因子，包括TGF-β、HGF、PGE2和IDO，以剂量依赖性方式抑制丝裂原诱导的外周血单核细胞 (PBMC) 增殖。

• 沃尔班克等人证明了hAMSC和hAESC的PBMC免疫反应具有接触和剂量依赖性抑制作用。

• 布拉蒂等人观察到INF-γ诱导的hAMSC免疫调节作用依赖于活化的淋巴细胞、细胞间接触和可溶性因子。hAMSCs显着抑制受刺激的淋巴细胞和T细胞的增殖。

• 罗西等人证明hAMSC释放的前列腺素对淋巴细胞具有抗增殖作用。

• 梅苏克等人发现hAMSCs通过分泌吲哚胺2,3-双加氧酶与活化的T细胞共培养时表现出免疫抑制作用。

• 莫兰迪等人观察到HLA-G和-E分子参与hAESC介导的T细胞增殖抑制。

此外，hADSC还对炎症过程具有免疫调节和免疫抑制作用，包括降低炎症细胞的活性、抑制小胶质细胞的迁移以及免疫细胞向损伤部位的募集。hADSC还表现出血管生成、细胞保护、抗疤痕和抗菌特性。因此，有理由相信hADSC可能是基于细胞的疾病治疗的潜在细胞来源。

人羊膜干细胞疗法的临床应用价值

多项临床前研究成功证明hADSC具有缓解多种疾病的潜力（图3）。

01人羊膜干细胞与妇科疾病

卵巢早衰（POF）是指40岁之前因卵巢功能衰竭而导致的闭经。原发性或继发性闭经伴随着促性腺激素水平升高和雌激素水平降低，进而出现潮热、出汗、面色潮红、性欲低下等一系列低雌激素症状。

研究表明，hAMSCs通过静脉注射后将干细胞归巢至卵巢并分泌包括FGF2、IGF-1、HGF、POF大鼠中的VEGF和VEGF。

丁等人报道hAMSCs通过分泌HGF和EGF改善卵巢自然衰老患者卵巢GC细胞的增殖并抑制其凋亡。hAMSCs通过改善卵巢局部微环境来修复POF小鼠因氧化引起的卵巢结构和功能损伤。与源自脂肪组织的MSC相比，hAMSC对环磷酰胺诱导的大鼠卵巢损伤也发挥了更高的治疗功效。

赖东梅教授团队在著名学术期刊《Molecular Therapy – Nucleic Acids》杂志上发表了《人羊膜干细胞衍生的外泌体通过转移Micro RNA抵抗细胞凋亡来恢复卵巢功能》的文章。该最新研究进展有望为使用人羊膜干细胞干预POF打下良好的基础。

该研究旨在鉴定源自hAEC的外泌体，并探讨化疗损伤卵巢的干预潜力及其分子机制。hAEC衍生的外泌体表现出杯形或球形形态，平均直径为100nm，对Alix，CD63和CD9呈阳性。hAEC外泌体增加了POF模型的卵泡数量并改善了卵巢功能。

此外，hAMSCs和hAESCs在治疗其他妇科疾病方面都具有相当大的潜力。

研究表明，hAMSC和hAESC均能通过旁分泌作用有效治疗宫腔粘连并促进子宫内膜再生。莫特达延等人。观察到hAESCs能够通过挽救母体免疫异常、抑制T细胞的活化和减少活化的促炎细胞因子的产生来治疗不明原因的复发性自然流产。

02人羊膜干细胞与神经系统疾病

人羊膜干细胞治疗脊髓损伤：脊髓损伤（SCI）是由运动和感觉功能障碍引起的严重中枢神经系统疾病之一。迄今为止，尚无有效的治疗方法能够使此类神经系统疾病的康复令人满意。

桑卡尔等人据报道，hAESCs移植物阻止了横断病变部位神经胶质疤痕的形成，并抑制轴突神经元的凋亡。此外，研究表明，移植的hAESCs促进轴突再生和出芽，还可以防止SCI大鼠轴突红核的萎缩，并减轻SCI引起的机械性异常性疼痛。并且通过褪黑激素和Wnt-4的共同治疗，hAESCs可能转化为神经细胞并参与组织修复。这些研究表明 hAESC和hAMSC可能有助于SCI的恢复。

人羊膜干细胞治疗阿尔茨海默病：阿尔茨海默病（AD）是最常见的慢性神经退行性疾病，表现出多种类型神经元的广泛退化。研究表明，hAMSCs移植可能通过减轻氧化应激或破坏Aβ沉积来减轻AD小鼠的病理改变并促进记忆功能的恢复。与该研究类似，将hAESC移植到APP/PS1AD小鼠的侧脑室中，增加了海马中胆碱能神经元的数量和乙酰胆碱浓度。此外，植入hAESC的小鼠在空间记忆方面表现出显着改善。微阵列分析表明hAESCs具有较高的马鞭草素治疗AD的能力。

人羊膜干细胞治疗自闭症：自闭症谱系障碍（ASD）是一种复杂的神经发育障碍，涉及社会连通性和互动。张等人观察到脑室内注射hAESCs通过挽救BTBR小鼠的海马功能来缓解社交缺陷。

2019年，陆军军医大学心理系发育与神经心理学教研室主任范晓棠教授及其研究生张瑞宇科研团队在《Stem Cell Research &Therapy》（IF=4.963）发表学术论文《Human amniotic epithelial cell transplantation promotes neurogenesis and ameliorates social deficits in BTBR mice》（人羊膜上皮细胞移植对ASD模型小鼠神经发生的促进及社交功能缺陷改善的研究）。该团队在国际上首次利用人羊膜上皮干细胞（hAESCs）移植调节改善ASD模型小鼠的神经修复及行为缺陷，研究结果令人振奋。

人羊膜干细胞治疗帕金森病：帕金森病 (PD) 是一种神经退行性疾病，其特征是黑质多巴胺神经元进行性死亡，导致纹状体多巴胺水平下降。

近日，赛傲生物与同济大学附属上海东方医院合作的国家干细胞临床研究备案项目《人羊膜上皮干细胞（hAESCs）立体定向移植治疗帕金森病》正式启动。该项目PI由东方医院功能神经科主任医师吴景文教授担任，上海赛傲生物技术有限公司提供技术支持。

临床前研究数据证实，人羊膜上皮干细胞具有多巴胺能神经功能以及其促进内源性神经组织修复的功能，可以显著增高纹状体区多巴胺及其代谢产物含量。在此基础上，本项临床研究通过立体定向技术精准脑室内移植人羊膜上皮干细胞，探索人羊膜上皮干细胞治疗帕金森病的潜能，在国际上尚属首次。

人羊膜干细胞治疗脑损伤：中风或脑中风是一种使人衰弱的疾病，其特征是出血性损伤和脑缺血症状。由于中风和脑中风尚无有效的治疗方法，因此长期以来一直在探索基于干细胞的治疗方法。

最近的研究表明，hAESCs通过在体外中风模型中表达褪黑激素受体MT1表现出神经分化和神经保护作用，并且全身施用hAESCs可减少中风后患者的脑部炎症、梗塞发展和功能缺陷。大量研究表明hAMSCs及hAMSCs条件培养基(hAMSCs-CM)在脑缺血期具有神经保护作用。

03人羊膜干细胞与肺部疾病

研究表明，当将hAMSCs注射到白烟吸入诱导的小鼠体内时，hAMSCs可减轻肺损伤、肺纤维化、CT评分和炎症，并且hAMSCs的雾化提供了将细胞递送至气道以治疗肺损伤的有效方法。

特别是，支气管肺发育不良（BPD）是一种慢性肺部疾病，主要影响需要呼吸机支持的早产儿。Malhotra等人进行了一项为期两年的婴儿入组研究。报道称，低剂量同种异体hAESC对患有BPD的脆弱早产儿是安全的。

肺纤维化是某些肺部疾病的终末期变化，是指受损肺组织修复异常导致肺部瘢痕形成。Moodley等人通过将hAESC注射到博来霉素诱导的患有肺纤维化的SCID小鼠中。发现肺胶原含量显着降低，表明hAESCs治疗对肺纤维化有很大改善。

04人羊膜干细胞与肝脏疾病

急性肝损伤（ALI）是指各种原因引起的肝功能异常。研究表明，hAMSC 预处理通过抑制库普弗细胞 (KC) 相关的先天免疫炎症和KC 自噬，部分保护对乙酰氨基酚诱导的ALI，并且hAESC和hAESC-CM 显着减少高脂肪饮食中的肝脏炎症和纤维化。

肝纤维化是肝硬化的前兆，是一种复杂的炎症和纤维化病症，由慢性肝损伤和细胞外基质（ECM）合成与降解失衡引起，主要由活化的肝星状细胞（HSCs）介导。据观察，hAMSCs和hAMSC-CM可抑制 HSCs 的活化，进而改善肝纤维化，同时减少纤维化标志物α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、血小板衍生生长因子（PDGF）和胶原I以及KC细胞的浸润。hAMSC-CM能够上调ECM降解相关基因（MMP-2、MMP-9、MMP-13和TIMP-1）和增殖相关基因cyclin-B的表达，从而抑制造血干细胞的增殖。这些发现为hAMSCs在肝纤维化中的保护作用提供了合理解释。

肝硬化是成人第六大死亡原因，主要是由于肝细胞不断损伤和肝脏伤口持续不受控制的愈合所致。hAMSCs的移植显着减少了CCl4诱导的肝硬化的纤维化形成和进展，并通过减少肝硬化大鼠的肝脏炎症和氧化应激来改善肝功能。此外，据报道，hAESCs能够在小鼠肝硬化模型中分化为功能性肝细胞。

05人羊膜干细胞与肾脏疾病

在慢性肾衰竭（CKF）小鼠体内注射hAMSCs可显着降低血清肌酐和尿素水平，并改善肾脏纤维化。

任等人等人发现hAESCs通过减少凋亡细胞数量、防止肾小管周围毛细血管丢失、调节肾脏局部免疫反应来改善急性肾损伤（AKI）小鼠的死亡率和肾功能，其机制可能与减轻肾缺血再灌注损伤有关。hAESC衍生的外泌体。

刘等人证明hAESC介导的c-Rel表达减少，进而减少IL-2表达和释放是通过刺激AKI患者来源的CD4+T细胞中的miR-101表达来实现的。

06人羊膜来源干细胞与皮肤病

hAMSC和hAESC通过分泌血管生成因子（IGF-1、EGF和IL-8）并增强上皮再形成和细胞结构，对糖尿病伤口具有相当大的治疗潜力。我们的结果表明，hAMSCs和hAMSCs-CM通过激活 PI3K/Akt信号通路抑制细胞凋亡并促进皮肤细胞增殖，有效治疗热应激引起的皮肤损伤。hAMSC和hAESC还可以治疗其他皮肤病，如疤痕疙瘩、皮肤老化和牛皮癣。

07人羊膜干细胞与糖尿病

糖尿病（DM）是一种慢性疾病，会导致多种全身并发症。最常见的糖尿病形式是1型糖尿病和2型糖尿病，前者是由于胰岛β细胞破坏导致胰岛素绝对缺乏，后者是由于胰岛素抵抗可能导致高血糖。

Luo等人观察到，移植hAESCs可明显减轻1型糖尿病小鼠的高血糖症状，增加血浆胰岛素含量，并部分修复胰岛结构，与单独移植hAESCs组相比，hAESCs与透明质酸联合移植表现出显著的治疗效果，表明透明质酸是hAESCs分化为功能性胰岛素分泌细胞的有效辅助诱导剂。

08人羊膜干细胞与癌症

尽管癌症的治疗取得了很大进展，但其发病率和死亡率仍然处于较高水平。据报道，hAMSCs能够归巢于肿瘤部位，通过促进细胞凋亡和抑制细胞增殖来抑制人肝癌细胞的生长。我们证明hAMSCs抗肝细胞癌的机制主要涉及其旁分泌作用，其中hAMSC衍生的DKK-3、DKK-1和IGFBP-3通过抑制Wnt显着抑制细胞增殖并促进Hepg2细胞凋亡。

09人羊膜来源干细胞与骨骼疾病

骨关节炎 (OA) 是一种滑膜关节疾病，其特征是慢性、低度炎症，导致软骨破坏。 hAMSCs通过其抗氧化和抗炎作用，显着改善胶原诱导的关节炎大鼠关节炎的严重程度并减少组织病理学变化。与人类脂肪干细胞相比，hAMSCs通过提高OA软骨细胞活力、增加软骨糖胺聚糖含量和降低 OA 滑膜巨噬细胞M1:M2 比率而具有更强的软骨保护作用。

10人羊膜来源干细胞与心血管疾病

据报道，hAMSCs通过抑制小鼠模型中NF-κB通路的免疫反应，显着缩小动脉粥样硬化病变的大小，并改善左心室功能，增加毛细血管密度和血管生成细胞因子血管生成素 (Ang)-1的水平和血管内皮生长因子（VEGF-A）在心肌梗塞中的作用, 以及缺血心脏组织中心肌纤维化面积的减少。

研究表明，hAMCs通过分泌小细胞外囊泡在大鼠心肌梗塞中表现出抗凋亡和促血管生成功能，并且能够分化为心肌细胞样细胞，减少梗塞面积，改善体内心脏功能。

人羊膜间充质干细胞和人羊膜上皮干细胞的临床试验

在20世纪80年代和90年代，hAESC被移植到志愿者和患有溶酶体贮积病或鞘磷脂酶缺乏症的患者体内。所有临床试验均表明hAESCs移植后未出现急性免疫排斥反应和肿瘤形成。此外，与真皮成纤维细胞相比，hAESC在整体组蛋白乙酰化或线粒体点突变积累方面没有差异，并且整体DNA甲基化降低，这表明hAESC具有遗传稳定性，是细胞基础治疗最安全的干细胞来源之一。

临床上。近年来，已经进行了多项临床试验来评估hADSC在多种疾病中的安全性和有效性。 

2018年，Lim等人进行了一项首次人体临床试验，评估hAESCs在BPD婴儿中的安全性，其中将同种异体hAESCs（1×106/kg）静脉输注给6名早产儿，结果显示没有不良事件包括免疫排斥反应，表明同种异体hAESC对患有BPD的婴儿是安全的。两年后，他们报告称，在hAESCs临床试验的2年观察期间，1名婴儿因无关原因在新生儿期死亡，5名幸存婴儿均存活，未出现包括肿瘤形成在内的长期不良事件。

目前，I期细胞剂量递增研究已应用于评估24名重度BPD高危早产儿静脉输注hAESCs的安全性和有效性。此外，还分别在代偿性肝硬化患者和中风患者中评估了静脉注射同种异体hAESC的安全性。

此外，Otagiri等人评估了hAMSC在治疗难治性克罗恩病患者中的安全性和有效性。当然，这些开放标签研究将为2期和3期临床试验提供可靠的数据，以实现开发hAESC作为不同疾病患者的治疗选择的最终目标。

2024年5月，临床试验数据库（ ClinicalTrials.gov ）列出了一项“羊膜间充质干细胞”的临床试验，因此，迄今为止，共提出了12项同种异体hADSC应用的临床试验（表2）包括狼疮性肾炎、痉挛性脑瘫、骨折不愈合、角膜上皮营养不良、支气管瘘、原发性卵巢功能不全、急性移植物抗宿主病、阿谢尔曼综合征、宫腔粘连、白血病和帕金森病（图4）。

显然，一旦细胞的安全性和有效性得到证实，这些临床试验的结果将为hADSCs的临床应用提供证据。

人羊膜来源干细胞治疗疾病的可能机制

通过回顾人羊膜来源干细胞治疗上述10种主要系统性疾病中，我们发现除了向受损细胞转分化、抑制细胞凋亡和促进再生外，hADSCs的旁分泌效应相关的免疫抑制和免疫刺激特性发挥着关键作用在治疗各种疾病中，hADSC能够分泌多种生长因子，包括血管调节细胞因子、抗菌肽和抗炎剂，表现出其血管生成、细胞保护、免疫抑制、抗炎、抗疤痕、和抗菌特性。

实际上，hADSC的旁分泌作用已被认为是基于细胞的治疗的主要潜在机制，其中hADSC可能的治疗机制总结于表3中。

结论与展望

人羊膜来源干细胞（hADSCs）包括hAMSCs和hAESCs，与其他干细胞相比，具有来源丰富、无伦理道德争议、无致瘤性、低/无免疫原性等优势。此外，hADSC的多能特性和旁分泌作用显着增强了其在实验研究和临床实践中的应用。所有这些特性使它们成为细胞治疗和再生医学有前途的干细胞来源。

在过去的几十年里，越来越多的证据证明了hADSC疗法在体外和体内的功效。最近，世界各地正在进行大量临床试验，以评估hADSC在不同疾病中的安全性和有效性。显然，一旦细胞的安全性和有效性得到证实，这些临床试验的结果将为hADSCs的临床应用提供证据。毫无疑问，包括基于hADSC在内的干细胞疗法将有望用于治疗多种疾病。

hADSCs除旁分泌作用外，经化学诱导、生物处理、基因转染或与其他细胞共培养后，在体外具有很强的转分化能力，可分化为心肌细胞、肝细胞、表皮细胞、角膜上皮样细胞、神经细胞和功能性胰岛素分泌细胞。

表明未来在移植前体外诱导hADSCs向所需表型分化将是治疗心脏病、肝损伤、糖尿病等的有效方法。此外，还应开展更广泛的hAMSC和hAESC治疗不同疾病的临床试验，以成功实现其临床应用。

主要参考资料：Liu Q-W, Huang Q-M, Wu H-Y, Zuo G-S-L, Gu H-C, Deng K-Y, Xin H-B. Characteristics and Therapeutic Potential of Human Amnion-Derived Stem Cells. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(2):970. https://doi.org/10.3390/ijms22020970

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